Результат интеллектуальной деятельности: Направляющий аппарат центробежного многоступенчатого насоса

Изобретение относится к насосостроению, а именно к конструкциям направляющих аппаратов центробежных насосов.

Известен направляющий аппарат центробежного скважинного многоступенчатого насоса, содержащий верхний и нижний диски со сквозным осевым отверстием в каждом, ребра, формирующие направляющие каналы, кольцевой корпусный элемент и торцевой вкладыш, нижний диск с ребрами, кольцевой корпусный элемент с верхним диском и торцевой вкладыш выполнены в виде трех отдельных деталей, причем торцевой вкладыш прилегает к нижней поверхности верхнего диска, каждое ребро выполнено непрерывно переходящим с верхней на боковую и далее - на нижнюю части нижнего диска, а направляющие каналы формируют параболические линии тока жидкости, (см. свидетельство на полезную модель RU №35392, кл. F04D 29/44, опубл. 10.01.2004).

Однако данный направляющий аппарат имеет сравнительно сложную конструкцию, что сужает область его использования.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является направляющий аппарат центробежного многоступенчатого насоса, содержащий диск с выполненными с одной стороны диска направляющими лопатками и выполненными с другой стороны диска обратными лопатками, причем каждая направляющая лопатка сопряжена по торцу диска с соответствующей ей направляющей лопаткой с образованием на одной стороне диска направляющих каналов и обратных каналов с другой стороны диска, сообщенных между собой(см. патент на изобретение RU №2220330, кл. F04D 29/44, опубл. 27.12.2003).

Данная конструкция направляющего аппарата позволяет снизить вибрацию, уменьшить габариты и упростить изготовление направляющего аппарата. Однако данная конструкция не позволяет снизить гидравлическое сопротивления до требуемой величины.

Технической проблемой, решаемой в данном изобретении является устранение или снижение выявленных выше недостатков.

Технический результат заключается в том, что достигается возможность снизить гидравлическое сопротивление в проточной части направляющего аппарата.

Указанная техническая проблема решается, а технический результат достигается за счет того, что направляющий аппарат центробежного многоступенчатого насоса содержит диск с выполненными с одной стороны диска направляющими лопатками и выполненными с другой стороны диска обратными лопатками, причем каждая направляющая лопатка сопряжена по внешнему диаметру диска с соответствующей ей обратной лопаткой с образованием на одной стороне диска направляющих каналов и обратных каналов с другой стороны диска, сообщенных между собой, входные кромки направляющих лопаток расположены вдоль окружности с образованием входных сечений направляющих каналов, охватывающих с зазором выходные сечения каналов, образованных лопатками рабочего колеса центробежного насоса, причем в поперечном сечении профиль направляющих лопаток выполнен с входным, средним и выходным участками, входной участок направляющих лопаток выполнен под острым углом к касательной окружности, вдоль которой расположены входные кромки направляющих лопаток, в поперечном сечении входная кромка каждой направляющей лопатки образована дугой окружности, сопряженной с прямыми линиями, образующими входной участок вогнутой и выпуклой сторон направляющих лопаток и выполнены под углом друг к другу с образованием увеличивающегося по толщине от входной кромки входного участка направляющих лопаток, причем прямая линия, образующая выпуклую сторону направляющих лопаток составляет с радиусом окружности, вдоль которой расположены входные кромки направляющих лопаток, угол α, составляющий от 97° до 98°, средний участок вогнутой и выпуклой сторон направляющих лопаток образован дугами окружности, причем радиус дуги окружности, образующей средний участок выпуклой стороны направляющих лопаток, в 1,7-1,8 раза меньше радиуса дуги окружности, образующей средний участок вогнутой стороны направляющих лопаток, а выходной участок вогнутой стороны направляющих лопаток образован прямой линией, образующей с радиусом окружности, вдоль которой расположены входные кромки направляющих лопаток, угол β, составляющий от 58° до 59°, прямая линия входного участка выпуклой стороны направляющей лопатки составляет с прямой линией выходного участка вогнутой стороны соседней направляющей лопатки угол γ, составляющий от 6° до 7°, с образованием расширяющегося по ходу потока жидкой среды участка направляющего канала, выходные кромки обратных лопаток расположены вдоль окружности с образованием выходных сечений обратных каналов, причем в поперечном сечении выходная кромка каждой обратной лопатки образована дугой окружности, сопряженной с дугами окружности, образующими выходные и входные участки вогнутой и выпуклой сторон обратных лопаток, радиус дуги окружности, образующей выходной участок выпуклой стороны обратных лопаток, в 2,6-2,7 раза больше радиуса дуги окружности, образующей входной участок выпуклой стороны обратных лопаток, направляющий аппарат выполнен в виде единой детали с шестью равномерно расположенными по окружности направляющими и обратными лопатками, а радиусы, проходящие через входную и выходную кромки каждой направляющей лопатки, образуют угол λ, составляющий от 77° до 78°.

В ходе проведенного исследования было выявлено, что представляется возможным оптимизировать проточную часть направляющего аппарата путем обеспечения более плавного преобразования кинетической энергии потока в потенциальную энергию давления, что достигается формированием проточной части с меньшими местными гидравлическими потерями, что позволяет при формировании проточной части описанным выше образом направлять поток перекачиваемой жидкой среды с требуемыми скоростью и давлением.

На фиг. 1 представлен вид на направляющий аппарат со стороны направляющих лопаток.

На фиг. 2 представлен разрез А-А по фиг. 1

На фиг. 3 представлен вид на направляющий аппарат со стороны обратных лопаток.

Направляющий аппарат центробежного многоступенчатого насоса содержит диск 1 с выполненными с одной стороны диска 1 направляющими лопатками 2 и выполненными с другой стороны диска 1 обратными лопатками 3.

Каждая направляющая лопатка 2 сопряжена по внешнему диаметру диска 1 с соответствующей ей обратной лопаткой 3 с образованием на одной стороне диска 1 направляющих каналов 4 и обратных каналов 5 с другой стороны диска 1, сообщенных между собой.

Входные кромки 6 направляющих лопаток 2 расположены вдоль окружности с образованием входных сечений направляющих каналов 4, охватывающих с зазором выходные сечения каналов, образованных лопатками рабочего колеса (не показаны на чертеже) центробежного насоса.

В поперечном сечении профиль направляющих лопаток 2 выполнен с входным, средним и выходным участками.

Входной участок направляющих лопаток 2 выполнен под острым углом к касательной окружности, вдоль которой расположены входные кромки 6 направляющих лопаток 2.

В поперечном сечении входная кромка 6 каждой направляющей лопатки 2 образована дугой окружности, сопряженной с прямыми линиями 7 и 8, образующими входной участок выпуклой и вогнутой сторон направляющих лопаток 2 и выполненными под углом друг к другу с образованием увеличивающегося по толщине от входной кромки 6 входного участка направляющих лопаток 2. Прямая линия 7, образующая выпуклую стороны направляющих лопаток 2 составляет с радиусом окружности, вдоль которой расположены входные кромки 6 направляющих лопаток 2, угол α, составляющий от 97° до 98°,

Средний участок вогнутой и выпуклой сторон направляющих лопаток 2 образован дугами окружности, причем радиус R1 дуги окружности, образующей средний участок выпуклой стороны направляющих лопаток 2, в 1,7-1,8 раза меньше радиуса R2 дуги окружности, образующей средний участок вогнутой стороны направляющих лопаток 2.

Выходной участок вогнутой стороны направляющих лопаток 2 образован прямой линией 9, образующей с радиусом окружности, вдоль которой расположены входные кромки 6 направляющих лопаток 2, угол β, составляющий от 58° до 59°, а прямая линия 7 входного участка выпуклой стороны направляющей лопатки 2 составляет с прямой линией 9 выходного участка вогнутой стороны соседней направляющей лопатки 2 угол γ, составляющий от 6° до 7°, с образованием расширяющегося по ходу потока жидкой среды участка направляющего канала 4.

Выходные кромки 10 обратных лопаток 3 расположены вдоль окружности с образованием выходных сечений обратных каналов 5. В поперечном сечении выходная кромка 10 каждой обратной лопатки 3 образована дугой окружности, сопряженной с дугами окружности, образующими выходные и входные участки вогнутой и выпуклой сторон обратных лопаток 3. Радиус R3 дуги окружности, образующей выходной участок выпуклой стороны обратных лопаток 3, в 2,6-2,7 раза больше радиуса R4 дуги окружности, образующей входной участок выпуклой стороны обратных лопаток 3.

Направляющий аппарат выполнен в виде единой детали с шестью равномерно расположенными по окружности направляющими 2 и обратными 3 лопатками, а радиусы, проходящие через входную 6 и выходную 11 кромки каждой направляющей лопатки 2, образуют угол λ, составляющий от 77° до 78°.

Во время работы центробежного насоса перекачиваемая жидкая среда поступает от рабочего колеса в направляюще каналы 4, образованные направляющими лопатками 2, а затем в обратные каналы 5, образованные обратными лопатками 3 направляющего аппарата. В каналах 4 и 5 направляющего аппарата кинетическая энергия жидкости частично преобразуется в потенциальную энергию давления, что позволяет при совместной работе рабочего колеса и направляющего аппарата создать требуемый напор ступени центробежного насоса и формировать на выходе из направляющего аппарата и входе в рабочее колесо следующей ступени поток жидкой среды с требуемыми давления и скорости и под оптимальным углом закрутки потока жидкой среды, что в конечном итоге позволяет повысить КПД центробежного насоса.